飞机配电装置电气性能综合测试台的研制

方雅伦，陈 林2，罗运虎

(1.南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 210016； 2.中国人民解放军第5720工厂，安徽 芜湖 241007)

飞机配电系统是由汇流条及控制装置、电路保护装置组成，其主要功能是将电源的电功率合理地分配到各级汇流条[1]。飞机电气系统故障类型主要包括两大类：一是电源系统过压欠压、过频欠频；二是供配电系统大电流器件短路和过载故障[2]。其中文献[3]结合国外电气系统发展的现状及发展趋势，从电源系统、配电系统和电气负载3个方面阐述了民用飞机电气系统的设计。文献[4]探讨了飞机常规配电装置电压降产生的原因及影响，并提出相应的控制方法。文献[5]与文献[6]通过LabVIEW软件平台对飞机二次配电系统进行功能测试，但并未能有效实现数据的实时显示。文献[7]通过C语言编写上位机软件，研制飞机主配电盒逻辑线路的自动测试系统，但缺乏对器件的过压过流保护功能测试。文献[8]研制了基于C语言开发飞机电路板的自动测试设备。

目前，工厂对配电装置的检测局限于静态导通性测试。为提高飞机配电装置修理水平与测试效率、降低配电保护动作失效风险，研制一台飞机配电装置电气性能综合测试台显得尤为必要。

1 测试台架构和功能及测试方法

1.1 测试台的测试架构

本测试台的整体设计框架如图1所示。

1.2 测试台的测试功能

该测试台的测试功能阐述如下：

① 可完成装置内部线路导通性测试；

② 可完成装置内部继电器/交流接触器线圈电阻、吸合/释放电压和触点电阻测试；

③ 可完成装置内部各型交/直流自保开关的自动断开时间检查。

图1 测试台的整体设计框架

1.3 测试台的测试方法

该测试台的测试方法阐述如下：

① 将待测试的飞机配电装置插座或引出线与接触器箱前面板的测试插座通过测试电缆插头进行连接；

② 打开上位机软件，为保证设备的正常运行，先进行设备内部各板卡自检；

③ 设备自检完成后，进入配电装置识别界面，由于每套电缆内部所接的电阻大小不同，通过检测的阻值进行装置的识别；

④ 检测到连接的配电装置后，进入配电装置的检测界面，对不同的配电装置进行逻辑功能与电流过载功能的测试。

⑤ 检测完成后，可将检测结果以Excel表格的形式保存在文件夹中。

2 测试台的硬件选型与设计

2.1 硬件选型

本设备选择数字万用表型号为Keysight 34461A，程控交流电流源型号为SDJ15K(输出电流0～100.0 A、频率400 Hz)，程控直流电流源型号为SDZ60K(输出电流0～200.0 A，电压0.1～120.0 V)，程控交流电压源型号为DDJ1200(输出电压0～200.0 V，电流1 A，频率300～500 Hz)，程控直流电压源型号为AN57400(输出电流0～35.0 A，电压0～50.0 V)。

2.2 硬件设计

ISA总线板卡包含CPLD，与主机ISA插槽对插的接口电路、电源滤波电路、阻容复位电路、指示灯电路、JTAG接口电路、外部时钟电路和DB37(内与上位机主机ISA插槽对插，外连适配器箱底板DB37)。

底板包括与8块控制分板对插的插槽、与适配器箱后面板插座连接的外部端子、ISA信号驱动电路、适配器箱前后面板电源、电压表显示电路，增加74HC245同向驱动器用于提高总线的驱动能力和电平信号的缓冲能力。

图2给出各分板(HI/LO板、接触器控制板和继电器控制板)的硬件框图。各控制板上都包含FPGA及其配置芯片、阻容复位电路、电源供电和滤波电路、3.3V/5.5V电平转换电路和ULN2803反向输出驱动电路以及继电器控制电路。

图2 适配器箱内部各分板硬件框图

2.3 硬件选型与设计过程中需要注意的方面

(1) 硬件选型。

① 选择万用表时，需要满足电压/电阻测量的精度要求，实际精度要求为0.01 Ω，这里选择6位半万用表。

② 选择交/直流程控电流源时，需要满足其容量要求，即直流电流源实际最大输出150 A，交流电流源100 A，加电线路电阻在0.5 Ω内，因此直流电流源选择容量为200 A/120 V，交流电压源选择容量为100 A/90 V(已考虑实际线路电压扩展阈值)。

③ 选择交/直流程控电压源时，需要满足其容量要求，即直流电压源实际最大输出27 A，交流最大输出150 V，直流电压源加电线路电阻在100～600 Ω，交流电压源加电线路电阻在5600～6000 Ω内，因此直流电流源选择容量为35 V/50 A，交流电压源选择容量为200 V/1 A(已考虑实际线路电流扩展阈值)。

④ 由于自保开关电流安秒特性测试中的过载系数最大为3且正常断开时间在25 s内，所以连接器接触件的选型按照1.5倍额定值进行。此外，接触器额定电流需大于等于实际测试电流。

(2) 硬件设计。

① 针对适配器箱各分板与ISA总线信号距离的不同，需要对连接到适配器箱的ISA总线信号进行驱动；

② 在HI/LO板的设计中，考虑任何时刻HI/LO板分别只能有一路接通万用表的HI/LO，为此需要采用译码电路，并增加状态回读功能；

③ 对于接触器控制板的设计，需要选择合适的驱动电路与继电器来控制接触器线圈的通电/断开，并根据其自检要求，增加自检功能；

④ 对于适配器箱控制板的设计，所有继电器的触点电路需要反并续流二极管，减缓断开瞬间产生的电流冲击。

3 测试台的软件设计与开发

3.1 设计思路

上位机软件具体包括如下测试界面：

① 设备自检界面，即适配器箱各板卡与接触器箱线路的自检；

② 产品识别界面，根据电缆内部所接的电阻大小不同进行不同装置的识别；

③ 34个配电装置测试界面，即装置内部直通线、继电器/接触器吸合/释放电压、自保开关过载安秒特性等测试，并且测试结果进行保存。

上位机综合软件开发流程如图3所示。

3.2 主要函数及功能

上位机软件的测试界面使用的主要函数及功能如表1所示。

3.3 逻辑功能测试

逻辑功能测试具体包括：

① 接触器/继电器线圈电阻测试；

② 自保开关、熔断器和直通线导通性测试；

③ 二极管压降测试；

④ 接触器/继电器吸合/释放电压测试；

⑤ 接触器/继电器触点电阻测试。

接触器/继电器吸合/释放电压测试流程框图如图4所示。

图3 上位机综合测试软件流程框图

函数功能说明void OnMainLook();查看数据void OnMainPrint();打印数据void OnMainReturn();清除检测数据void OnMainSave();保存数据void OnMainStart();开始检测/停止检测void OnClickMainTree(NMHDR∗ pNMHDR,LRESULT∗ pResult);树状控件鼠标点击处理事件;void OnTimer(UINT nIDEvent);计时器void ResultShow(int nRow);将检测结果显示在界面表格的对应行void SetChildCheck(HTREEITEM hTree,BOOL bCheck);父节点被选中,子节点自动被全部选中void SetParentCheck(HTREEITEM hTree,BOOL bCheck);子节点被全部选中,父节点自动被选中long OnCommunication(WPARAM wparam,LPARAM lparam)处理下位机向上位机发送的返回命令

继电器吸合/释放电压采用变步长电压输出进行测试，从而提高测试效率和精度。

3.4 交/直流自保开关自动断开时间测试

交/直流自保开关自动断开时间测试控制电路通过设计带触发控制的硬件计时电路和软件对电流输出的计时监视函数，确保产品测试安全。测试流程图如图5所示。

3.5 软件设计与开发过程中需要注意的方面

① 软件设计总体采用模块化设计思路，即对具体项目测试采用模块化调用原则，提高软件执行效率与软件后期的维护性；

② 在使用程控万用表进行测量时，考虑到HI开关板/LO开关板任意时刻只能接通一路开关，为防止误操作，在测量之前需将这两块开关板复位，并在测量完成后再次复位；

图4 接触器/继电器吸合/释放电压测试流程图

图5 交/直流自保开关自动断开时间测试流程图

③ 为解决软件内部程序冲突问题，需根据需要在程序中使用线程，点击开始检测时开启线程，点击停止检测时关闭线程。

④ 万用表测电阻时，按停止检测按钮突然中断线程，若此时万用表正处于等待触发状态则会造成万用表界面假死和程序终止，因此在万用表运行过程中需要设置万用表测量结束标志，在停止按钮中查询此标志再进行线程中断命令。

4 测试验证和结果分析

4.1 设备装配

测试台各部件装配完成如图6所示。

图6 测试台外观图

4.2 测试条件

① 打开测试台电源总开关，指示灯处于点亮状态；

② 启动进入上位机测试程序，在电源与万用表通信前，按提示打开电源和万用表的开关，并确认适配器箱前面板的开关处于打开状态；

③ 在设备内部器件自检完成后，将设备与产品用检测电缆连接，并确保连接牢靠；

④ 在识别到对应的配电装置后，将待测飞机配电装置与接触器箱前面板进行连接，进行装置的检测。

4.3 测试结果

飞机配电装置各项测试标准如表2所示。

表2 飞机配电装置测试台电气性能测试标准

从图7、图8中可以看出，装置继电器/接触器吸合电压在8.0～13.0 V，释放电压在1.0～3.0 V范围内，直流自保开关自动断开时间测试在0～15 s范围内，符合表2测试标准。

图7 被测配电装置继电器/接触器吸合/释放电压测试结果

图8 被测配电装置直流自保开关自动断开时间测试结果

5 结束语

为满足飞机多种配电装置各种电气性能测试的需要，通过上位机软件的开发，研制上位机软件自动控制的综合测试台，并对配电装置进行实际测试，测试结果表明其有效性，使该系列飞机配电装置的定期检测工作更加便利。